污水的生物除磷技術

商曉玲 河北省定州市環境保護局

污水的生物除磷技術

商曉玲 河北省定州市環境保護局

簡單介紹了當前污水中除磷的主要方法,探討了生物除磷技術的進展和現狀以及生物除磷工藝的特點，并根據不同的條件選擇不同的生物除磷工藝。

磷來源于不可再生的磷礦石,通過化肥、農作物、人和動物,最終回到土壤。污水中的磷主要來自生活污水中的含磷有機物、合成洗滌劑、工業廢液、化肥農藥以及各類動物的排泄物。

隨著人類活動的不斷增加,水體氮磷的污染日益嚴重,大量富含氮磷的生活污水、工業廢水和含農藥、化肥的農田徑流排入水體,造成水體富營養化。根據調查,我國已趨富營養化的湖泊達92%。按國際上總氮(0.2mg·L-1)和總磷(0.02mg·L-1)濃度作為湖泊富營養化的指標[1],所調查的湖泊中,多數湖泊總氮濃度一般高出5～12.5倍,總磷高出10～50倍[2]。因此對水體中磷的去除已是迫在眉睫。

1.現代污水除磷技術

現代污水除磷從技術上說,除磷方法可以分為物理化學處理法和生物處理法兩大類。其中,物理化學除磷法包括結晶法、化學凝聚法、吸附法、離子交換法等[3]。生物除磷法有A /O工藝、A2 /O工藝、Phostrip工藝、Bardenpho工藝、Phoredox工藝等。

化學除磷法除磷效率較高,一般可達75%～85%,且比較穩定可靠,但有兩點不利: (1) 加入沉淀劑使污泥體積增加,而且這種污泥含有化學藥劑,因此它的處置也較困難。而由于投加化學藥劑,水中的鹽含量大大增加。(2) 因為該法需要一套貯藥、溶藥、投藥設備,日常藥劑的消耗量是可觀的,因此增加了投資和運行費用。生物除磷法具有節約能源,運行費用較低,不造成二次污染,除磷效率高等諸多優點,目前許多國家已在使用此技術。

2.生物除磷法

生物除磷法[4]是根據Luxury up take現象而進行的除磷方法和手段。自1955年后,人們發現某些在厭氧條件下釋放磷的微生物能夠進一步在好氧條件下過量吸收廢水中的磷,在此基礎上逐漸發展的生物除磷方法稱為生物過量磷去除法,簡稱生物除磷法。

2.1 A /O (Anaerobic /Oxic)法

迄今為止,最為簡單的生物除磷工藝是A/O工藝,A/O法工藝中,先使含有某些微生物種群的污水進入A/O法的A段,使其處于厭氧或兼氧環境中,這類微生物便吸收污水中的乙酸、甲酸及乙醇等極易生物降解的有機物質,貯存在體內作為營養源,同時積存于體內的多聚磷酸鹽就會分解成可溶性的單磷酸鹽并釋放到水體中去,從而達到將體內磷充分排出的目的。按工藝流程污水接著進入A /O法的O段(pH應控制在7～8之間) ,微生物處于好氧環境,此時微生物將體內貯存的有機物氧化分解,同時吸收污水中大量可溶性磷酸鹽,并在體內合成多聚磷酸鹽而積累起來。隨后,挾帶大量體內富含磷的微生物菌膠團(俗稱活性污泥)的污水進入二沉池沉降下來,在這些微生物還沒來得及分解釋放磷時,池底的含磷污泥一部分就以剩余污泥的形式排出作為肥料,另一部分則回流至A段處于厭氧或兼氧環境中,重新進入新一輪的放磷與聚磷的生理循環過程。其除磷效率能達到75%,很難再提高。

2.2 A2 /O (Anaerobic - Anoxic / Oxic)法

A2 /O工藝相對于前面提到的A / O工藝,因為增加了缺氧處理階段將除磷與脫氮相結合,不僅節省了脫氮對碳源的需要而且縮小了曝氣區的體積,節省了能源,并且有望降低產生的剩余富磷污泥量。因此,A2 /O法比A /O法具有更好的實用性。

2.3 Phostrip法

Phostrip工藝作為側流除磷工藝的代表,把生物和化學除磷法結合起來，其工藝流程及運行參數如圖：

圖1 Pho - strip 流程

該工藝中主流部分為常規的活性污泥曝氣池,回流污泥的一部分(約為進水流量的10% ～20% )被分流到專門的厭氧池,污泥在厭氧池中通常停留8～12 h,聚磷菌則在厭氧池中進行磷的釋放,脫磷后的污泥回流到曝氣池中繼續吸磷。含磷上清液進入化學沉淀池,然后用石灰進行處理,沉淀去除磷,石灰劑量取決于廢水的堿度。除磷過程在污泥回流路徑上完成。Phostrip工藝的優點是與單純的化學除磷工藝相比,大大地減少了藥劑的投加量和化學污泥量。該法除磷效率可達90%以上,出水總磷濃度可低于1 mg·L-1,而且不太受進水BOD濃度影響。

2.4 Bardenpho法

人們發現,如果反硝化很徹底會產生明顯的除磷效果。為了更好地除磷,要求厭氧池的容積比反硝化所需的容積大,使厭氧池能有一部分確保無離子態的氧,為磷的釋放創造條件。另外,如果將污水進水與回流污泥在一級厭氧池內混合,對除磷效果會有明顯的改善。Bardenpho工藝涵蓋了二級缺氧及好氧過程,具有較好的脫磷效果,但工藝流程長、構筑物多是該法的一大缺點，其工藝流程及運行參數如圖：

圖2 Bardenpno 流程

2.5 Phoredox法

Phoredox工藝是Barnard為了提高除磷效果而對Bardenpho工藝做的一個改進。流程圖如下：

圖3 Phoredox 流程

它在第一缺氧區前加了一個厭氧發酵區。此工藝一般在低負荷條件下運行。原污水或初沉池出水與回流污泥在厭氧池混合。在第一缺氧池進行反硝化使硝態氮還原為氮氣,而BOD5去除、氨氮氧化和磷的吸收都是在第一好氧池完成。第二缺氧池則提供了足夠的停留時間,通過混合液內源呼吸進一步去除殘余的硝態氮。厭氧區會發生反硝化作用,反硝化菌將和除磷菌爭奪有機物,從而影響除磷效率。

南非的Capetown 大學開發的UCT工藝,把污泥回流到缺氧區,克服了這一缺點,維持了較好的除磷效果。

UCT 工藝是目前各國應用最廣泛的生物除磷工藝。除UCT ,MUCT外,還有VIP 工藝和JHB 工藝,均是由A2/ O 工藝演變而來。另外,還有通過對曝氣供氧的控制在空間和時間上形成厭氧與缺氧環境的氧化溝工藝和SBR工藝。流程圖如下：

圖5 UCT流程

3.污水生物除磷技術的影響因素

影響污水生物除磷的因素很多,而且非常復雜,考慮到工藝的運行與處理效果可以歸納為以下4方面:一是除磷系統內的微生物群體平衡因素,主要為除磷系統內的DO、硝酸鹽、碳源、污泥糖類物質含量等;二是城市污水的水質,主要為基質的可利用性及其特征;三是環境因子,主要為環境的pH、溫度等;四是工藝的運行參數和運行方式,主要為泥齡、污泥處理過程中厭氧污泥停留時間等[5]。

4.結語

隨著時代的發展,污水除磷技術也在不斷地進步,可以根據不同的條件,合理選擇不同的除磷方法,以期達到最好的效果。當前,為了實現磷的可持續發展,有必要從現在起研發從污水或污泥中分離磷的技術,最大限度地實現污水磷回收[6]。無論是應用廣泛的化學沉淀法、生物處理法,還是日益受到重視的吸附法和結晶法,都存在各自的弊端,因此,還需進一步加強對除磷技術的基礎研究,研制開發適合我國國情的新型除磷工藝。

[1]黃瑾輝,王繼徽.含磷廢水處理的研究動態[J].污染防治技術.1998 (1) : 51 - 52, 43.

[2]王凱軍,賈立幫.城市污水生物處理新技術開發與應用[M].北京:化學工業出版社.2001.

[3]郝曉地,劉壯,劉國軍.歐洲水環境控磷策略與污水除磷技術(上)[J].給水排水.1998,24 (8) : 67 - 73.

[4]楊焱明,劉樹元,鄭顯鵬,劉慶,杜斌.污水除磷技術現狀及發展趨勢[J].濟南大學學報(自然科學版).2008，22（2）:166-170

[5]尹軍,王建輝,王雪峰,解艷萃,霍玉豐,譚學軍.污水生物除磷若干影響因素分析[J].環境工程學報.2007，1（4）:6-11

[6]亓延敏,呂錫武,徐微.污水除磷及回收技術[J].山西建筑.2008，34（4）:191-193

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.005

影響因素;生物除磷